El papel de SMAD4 en el desarrollo de las células del huevo

El desarrollo de óvulos sanos en los ovarios de una mujer requiere una conexión entre las células del óvulo y las células de granulosa que las rodean. Estas células de granulosa juegan un papel clave en ayudar a que los óvulos crezcan al proporcionar nutrientes importantes y señales. Cuando las células del óvulo comienzan a crecer, aumentan de tamaño y necesitan ayuda de las células de granulosa para recibir sustancias esenciales como nucleótidos, aminoácidos y fuentes de energía. Este apoyo se da a través de pequeñas conexiones llamadas uniones de hendidura que vinculan los dos tipos de células.

Si estas conexiones se interrumpen, los óvulos no pueden desarrollarse normalmente y no podrán ser fertilizados. Una vez que los óvulos alcanzan su tamaño completo, pueden pasar por los pasos finales de desarrollo, conocidos como maduración meiótica. Sin embargo, este proceso está controlado por una sustancia producida por las células de granulosa, que evita que los óvulos maduren demasiado pronto.

En experimentos, cuando los óvulos se mantienen con células de granulosa, pueden crecer adecuadamente. Pero si se quitan las células de granulosa, los óvulos no pueden desarrollarse correctamente, destacando lo importante que es el contacto directo entre estos dos tipos de células.

#El Ovocito y las Células de Granulosa

En la etapa más temprana del desarrollo del óvulo, una sola capa de células de granulosa aplanadas rodea al óvulo. A medida que el óvulo comienza a crecer, se forma una capa protectora llamada zona pelúcida a su alrededor. Esta zona pelúcida se espesa a medida que continúa el crecimiento, convirtiéndose en una barrera significativa. A pesar de esta barrera, las células de granulosa mantienen contacto con el óvulo a través de pequeñas proyecciones que se extienden a través de la zona pelúcida.

Estas proyecciones, conocidas como proyecciones transzonales (TZPs), se conectan directamente a la superficie del óvulo y son vitales para la comunicación y el intercambio de materiales entre los dos tipos de células. Si hay menos TZPs, puede llevar a problemas en la expresión génica y más problemas en el desarrollo del óvulo. Aunque sabemos que los TZPs son cruciales, cómo se forman y estabilizan todavía no se entiende completamente.

#Vía de Señalización TGFβ

La vía de señalización TGFβ controla varias funciones en diferentes tipos de células en condiciones normales y de enfermedad. Cuando una molécula de señal se une a receptores específicos en la superficie de la célula, activa procesos dentro de la célula. Esto a menudo involucra proteínas llamadas SMADs que ayudan a regular la expresión génica. Mientras que algunas proteínas SMAD pueden funcionar sin otra proteína llamada SMAD4, tener SMAD4 mejora el proceso de señalización y ayuda a estabilizar la función general.

Las investigaciones han mostrado que la señalización TGFβ está involucrada en el crecimiento de las células del óvulo y las células de granulosa circundantes. Inicialmente, esta señalización ayuda a mantener los folículos primordiales inactivos. A medida que los folículos crecen, la señalización cambia y las proteínas SMAD se vuelven menos activas en el núcleo. Este cambio está vinculado al crecimiento y multiplicación de las células de granulosa.

Ciertas proteínas, como GDF9 y BMP15 producidas por los óvulos, señalan a través de SMADs para ayudar a gestionar el crecimiento de las células de granulosa. Si estas vías de señalización se desactivan, puede llevar a problemas, incluyendo menos óvulos maduros liberados.

#El Papel de SMAD4

Hay evidencia que sugiere que SMAD4 juega un papel en la formación y mantenimiento de TZPs entre las células de granulosa y las células del óvulo. Por ejemplo, cuando se interrumpe la producción de GDF9, hay una caída en el número de TZPs, lo que sugiere que SMAD4 podría estar involucrado en su formación o estabilidad.

Para investigar esto, los investigadores usaron un método genético para eliminar SMAD4 específicamente en las células de granulosa de ratones. Al hacer esto, encontraron que el número de TZPs disminuyó cuando se eliminó SMAD4. Además, el análisis reveló que los TZPs restantes estaban alterados en longitud y orientación, indicando que SMAD4 ayuda a mantener la estructura y función de los TZPs.

#Experimentos sobre Células de Granulosa y Ovocitos

Para verificar cómo SMAD4 impacta el desarrollo de TZPs y la comunicación entre el óvulo y las células de granulosa, los investigadores realizaron experimentos utilizando ratones diseñados para expresar una forma conmutativa de SMAD4. Después de tratar las células con un compuesto que activa el interruptor, observaron el número y las características de los TZPs.

Los resultados mostraron que, tras la eliminación de SMAD4, el número de TZPs disminuyó significativamente y su morfología cambió. Las células de granulosa de los ratones tratados mostraron menos y más largos TZPs en comparación con las células de control. Esto sugiere que SMAD4 es esencial no solo para el número de TZPs, sino también para su funcionamiento adecuado.

Además, incluso con un número reducido de TZPs, la comunicación por uniones de hendidura entre el óvulo y las células de granulosa se mantuvo intacta. Este fue un hallazgo importante que indica que, aunque SMAD4 influye en la cantidad de TZPs, las conexiones existentes seguían siendo funcionales.

#Investigando Células de Granulosa Individuales

Para extender su investigación, los científicos se centraron en células de granulosa individuales para obtener una imagen más clara de cómo SMAD4 afecta a los TZPs. Utilizando técnicas de imagen avanzadas, pudieron analizar la estructura y función de estas células con más detalle.

Descubrieron que las células de granulosa con SMAD4 reducido aún lograban crecer y mantener la capacidad de producir TZPs, pero el número total disminuyó considerablemente. El análisis también mostró que los mecanismos de comunicación que normalmente operan a través de los TZPs estaban funcionando bien, lo que indica que algunos aspectos de la comunicación celular podrían seguir funcionando sin la presencia de SMAD4.

#El Papel de las Moléculas de Adhesión

Un hallazgo significativo en la investigación fue la reducción de moléculas de adhesión, especialmente N-cadherina, en las células de granulosa que carecían de SMAD4. La N-cadherina es importante para la estabilidad de las conexiones entre los TZPs y la superficie del óvulo. Una disminución en esta molécula podría llevar a uniones más débiles, apoyando la idea de que SMAD4 ayuda a mantener la fuerza de estas conexiones vitales.

Notch2, otra proteína involucrada en la comunicación célula a célula, también se encontró reducida en las células de granulosa que faltaban SMAD4. Esto sugiere aún más que SMAD4 podría ser esencial para la expresión adecuada y el mantenimiento de varias proteínas que ayudan a solidificar la estructura y función de las células en el entorno ovárico.

#Conclusión

En resumen, los experimentos revelan que SMAD4 es crucial para el desarrollo adecuado y la estabilización de TZPs entre células de granulosa y ovocitos. Al influir en la expresión de moléculas de adhesión como N-cadherina, SMAD4 ayuda a mantener conexiones sólidas que facilitan la comunicación y el transporte de nutrientes esenciales para el desarrollo del óvulo. Cuando se elimina SMAD4, el número de TZPs disminuye significativamente mientras se mantiene cierto nivel de comunicación, indicando que hay múltiples capas en cómo interactúan estas células.

Este conocimiento podría llevar a una mejor comprensión y posibles avances en tratamientos de fertilidad, ya que mejorar la conexión y comunicación entre estos tipos de células podría mejorar el desarrollo y la viabilidad del óvulo.